Новый двигатель поставили на самолет в конце января 1939 года, а 12 февраля самолет, в кабине которого снова сидел Роберт Холл, поднялся в воздух с заводского аэродрома в Бетпейдже. В ходе второго полета, совершенного утром того же дня, отказал топливный насос, что заставило пилота совершить аварийную посадку. Но это была не единственная проблема мотора. Серьезные трудности возникали со включением второй ступени наддува. С одной стороны, вторая ступень заметно улучшала характеристики двигателя на высотах больше 10000 фт/ 3048 м, но с другой стороны, приводила к перегреву двигателя. Кроме того, воздух, выходящий из первой ступени наддува следовало охладить перед подачей во вторую ступень, иначе воздух нагревался до такой степени, что при смешивании с бензином происходило самовоспламенение. Это потребовало добавить в конструкцию двигателя промежуточный радиатор. Отмечались трудности и при полете на больших высотах. В разреженном воздухе топливо имело тенденцию к испарению в карбюраторе. Чтобы устранить эту проблему пришлось полностью герметизировать топливную систему.
После первых заводских полетов в Бетпейдже, 7 марта самолет перелетел в Анакостию для квалификационных испытаний. В их ходе выяснилось, что самолет недостаточно устойчив на курсе и плохо слушается рулей. В мае машину вернули на завод, где недостатки устранили. На 1? увеличили возвышение крыльев, горизонтальное оперение подняли на полметра, перенеся его с фюзеляжа на основание. Площадь горизонтального оперения увеличили, а руль направления уравновесили. Площадь элеронов сократили. Антенную мачту перенесли с капота за кабину, одновременно, наклонив ее вперед, чтобы увеличить длину антенны. В конце мая самолет прибыл в Филадельфию, чтобы пройти пробное катапультирование и посадку на палубу, а также совершить несколько ночных полетов. Во время этих испытаний самолет развил скорость до 537 км/ч на высоте 20500 фт/ 6248 м. Это было на 6 км/ч больше, чем оговаривалось в контракте. Кроме того, это было значительно больше, чем у конкурента Brewster F2A-2. Посадочная скорость, составлявшая 109 км/ч, была удовлетворительная. Самолет отличался хорошими летными качествами. В штопоре после десяти витков контроль за самолетом удавалось вернуть в ходе 0,5–0,75 витка, при этом самолет терял всего 500 м высоты. При сваливании самолет начинал слушаться рулей, потеряв всего 120 метров.
Несмотря на то, что в конструкции самолета еще имелись недостатки, достоинства машины в сочетании с настойчивостью Груммана привели к тому, что в августе 1939 года фирма получила контракт на постройку трех самолетов, обозначенных как F4F-3. Но машина еще нуждалась в доработке. Постоянно сказывались проблемы с перегревом мотора, не удалось обеспечить достаточной устойчивости самолета на курсе. В конце 1939 года самолет передали в NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) с целью испытать самолет в аэродинамическом тоннеле. Тоннель находился в Лэнгли-Филде, штат Вирджиния. По результатам испытаний, специалисты NACA предложили оснастить самолет продольным стабилизатором перед килем, а также увеличить размах горизонтального стабилизатора на 500 мм. Охлаждение двигателя пытались исправить с помощью различных коков винта, створок на капоте и накладок у основания лопастей. Наддув, показавший низкую надежность на первых этапах испытаний, со временем был исправлен производителем и перестал беспокоить конструкторов.
Лерой Грумман, уверенный в своем успехе, приказал готовиться к серийному выпуску самолетов еще до того, как был заключен контракт. И этот риск оправдался. Требования Бюро Аэронавтики оказались скромными. В основном они сводились к тому, что из фюзеляжа следовало убрать 7,62-мм пулеметы, а в крыльях разместить еще по одному 12,7-мм пулемету Colt-Browning. Кроме того, требовалось усилить шасси и оснастить кабину самолета броней. Два первых серийных самолета находились в такой стадии сборки, что установить пулеметы в крыльях можно было только радикально переделав крыло. Причем изменения приходилось вносить не только в конструкцию несущих элементов и обшивки крыла, но также следовало изменить конструкцию аварийных надуваемых камер, расположенных у передней кромки крыла. Камеры пришлось отнести дальше к концам крыльев и развернуть на 90?. Поэтому два первых самолета оставили в качестве прототипов. Первый серийный F4F-3, обозначенный серийным номером 1844, совершил первый полет в феврале 1940 года.
В августе самолет прибыл на завод фирмы «Pratt & Whitney» в Ист-Хартфорде, штат Коннектикут. Там самолет использовали для опытов с двигателем. Тем временем, в июле облетали второй серийный F4F-3. В августе его передали в Анакостию для квалификационных испытаний (Production Inspection Trials). Туда же направили экземпляры № 1848 и 1851. Эти машины, в соответствии с требованиями контракта, уже несли четыре 12,7-мм пулемета в крыльях, были оснащены бронеспинкой кресла пилота и усиленным шасси. Самолет № 1848 вместе с № 1845 участвовали в квалификационных испытаниях в Анакостии, а № 1851 вскоре передали в NAF для изучения пригодности для службы на авианосцах и вибрационных испытаний. 17 декабря трагически завершил свою карьеру прототип XF4F-3, погребя под своими обломками лейтенанта У.К. Джонсона. Причиной аварии стала ошибка пилота, нажавшего не те переключатели на щитке управления. Заходя на посадку, он выключил подачу бензина вместо того, чтобы выпустить закрылки. Самолет рухнул и разбился вдребезги. После этого происшествия на серийных самолетах эти два переключателя сделали разной формы и разнесли их друг от друга.
Итоговый рапорт, датированный 23 января 1941 года, подтверждал, что самолет имел хорошую центровку в полете, уверенно сохранял устойчивость во всех трех осях, исключая некоторых режимов полета, когда немного нарушалась продольная стабильность. Самолет имел и другие достоинства, особенно важные для палубного истребителя. Его масса составляла 2376 кг, то есть на 47 кг меньше, предусмотренной контрактом. Практический потолок достигал 37000 фт/ 11278 м. Разбег самолета составлял всего 59 м при встречном ветре 25 узлов (т. е. хватало одного движения авианосца полным ходом). Только максимальная скорость оказалась меньше заданной. Грумман заявлял, что максимальная скорость составит 563 км/ч, тогда как самолет развил всего 533 км/ч на высоте 21300 фт/ 6492 м. По сравнению с прототипом скорость упала. Это была плата за дополнительные пулеметы и бронеспинку.
Бомбы общей массой 116 фунтов (52,6 кг) можно было сбрасывать в пикировании под углом 80 гр при скорости до 685 км/ч. Телескопический прицел в лобовом стекле кабины снижал максимальную скорость всего на 0,8 км/ч. Четыре пулемета снижали максимальную скорость на 5 км/ч по сравнению с той же машиной без пулеметов и закрытыми пулеметными портами.
В заключительной части рапорта предлагалось внести в конструкцию истребителя дальнейшие изменения, в том числе улучшить вентиляцию кабины пилота, улучшить управляемость машины и установить более прочное хвостовое колесо. Вывод гласил, что после всех перечисленных изменений при взлетной массе менее 7480 фунтов/3393 кг самолет будет пригодным для службы в качестве палубного истребителя. После того, как испытания завершились, самолет № 1845 перелетел в Лэнгли-Филд, где продолжились попытки улучшить охлаждение двигателя. Позднее (летом 1943 года) эту машину оснастили экспериментальным дистанционным радиоуправлением.
Теперь Грумман мог праздновать победу. Даже если бы ВМФ США в конечном итоге отказался бы от истребителя, всегда нашлись бы покупатели за границей.
В конце 1939 года Франция решила закупить самолеты для старого авианосца «Beam» и двух еще достраиваемых авианосцев «Joffre» и «Painleve». В числе прочих кандидатур французы рассматривали самолет G-36 фирмы «Grumman». Осенью 1939 года подписали контракт на поставку значительного числа самолетов. Сообщая точные цифры, разные источники расходятся. Некоторые говорят о 81 самолете G-36, другие — о 100. Вероятно, достовернее вторая цифра, так как англичане в рамках «французского наследства» получили 85 самолетов G-36. Очевидно, что число заказанных Францией машин должно быть как минимум не меньше 85. Известно, что самолетом заинтересовалась и Бельгия, но более подробная информация на этот счет отсутствует.
Экспортный истребитель G-36 несколько отличался от F4F-3. Он оснащался девятицилиндровым двигателем Wright GR-1820-G205A-2. Позднее этот же двигатель поставили на двух прототипах XF4F-5. Двигатель развивал ту же стартовую мощность, что и Pratt & Whitney R-1830-76, но оснащался одноступенчатым наддувом, что ухудшало высотные характеристики двигателя. Ставить двигатели Pratt & Whitney R-1830 с двухступенчатым наддувом на экспортные самолеты запрещалось, так как эти моторы резервировались исключительно для американских самолетов.
Впрочем, двигатель G205A-2 был гораздо надежнее. Он агрегатировался с трехлопастным винтом изменяемого шага «Hamilton Standard».
Кроме двигателя, G-36 отличался вооружением. Французы пожелали, чтобы самолет нес четыре французских пулемета Dame калибра 7,5 мм. Из них два пулемета следовало установить в фюзеляже, а два — в крыльях. По некоторым данным, самолет имел шесть пулеметов: два в фюзеляже и четыре в крыльях. Пулеметы предполагалось установить позже. Французским должно было быть и другое оснащение самолета: радиостанция Radio-Industrie 537 и прицел OPL 38. Доработанная таким образом машина получила обозначение G-36A.
Самолет в первый раз поднялся в воздух 11 мая 1940 года. По требованию французов на самолете изменили направление хода сектора газа. В отличие от американских самолетов, у французов ручка газа подавалась на себя.
Фирма «Grumman» успела собрать всего семь самолетов, когда в июне 1940 года Франция капитулировала.
В Европе единственным противником Германии оставалась Великобритания. К началу войны у англичан не было современного палубного истребителя. Кроме того, английская военная промышленность не могла в кратчайшие сроки приступить к выпуску такого истребителя. Поэтому было решено закупить самолеты за границей. Выбор пал на истребители фирмы «Grumman» — G-36B. В начале 1940 года заключили контракт на поставку 100 самолетов. Кроме того, англичане взяли на себя «французское наследство». У семи уже построенных самолетов установили четыре 12,7-мм пулемета в крыльях, направление ручки газа вернули в исходное состояние. Двигатель и винт остались без изменений. Самолеты получили английский камуфляж и английские опознавательные знаки. Самолеты перегнали в Канаду, где их передали заказчику. Самолетам присвоили серийные номера АХ753, АХ754 и AL231-AL235. Самолеты серии AL достались канадцам. Все следующие самолеты серии изначально выпускались в соответствии с английскими требованиями. Англичане, верные традициям, присвоили самолету обозначение «Martlet I». Название «Martlet II» зарезервировали для будущей серии G-36B.
Поставка истребителей «Martlet I» началась 27 июля 1940 года — на месяц раньше, чем самолеты F4F-3 начали получать ВМФ США. Контракт выполнили к октябрю того же года. Первые шесть самолетов серии АХ824-АХ829, выпущенные взамен тех, что получили канадцы, в полуразобранном виде доставили в августе в Великобританию. Там их собрали на фирме «Scottish Aviation». Один из них передали в British Testing Establishment в Боском-Даун. В дальнейшем сборку доставленных из Америки истребителей «Martlet I» проводила фирма «Blackburn Aircraft Ltd.», которая также устанавливала на машины английское радиооборудование, кислородные приборы, прицелы, аккумуляторы, крепления для катапульты, а позднее, и направляющие для ракет.
Всего «Grumman» изготовил для англичан почти 100 самолетов «Martlet I», из которых англичане получили 85 машин. Лишь в одном источнике указаны серийные номера всех ста истребителей первой серии «Martlet I» с указанием, какие из них достались Канаде, а какие ушли на тот берег Атлантики. Всего англичане получили 1102 самолета всех модификаций. Однако нигде нет упоминаний о первых двух самолетах — АХ753 и АХ754. Вероятно, в Англию они никогда не прибыли. По другим источникам англичане получили 85 самолетов «Martlet I», при этом обычно добавляется, что в Англию доставили только 81 самолет. Остальные машины были потеряны при транспортировке, остались в Канаде или попали в экспериментальные части.
У этих самолетов не было складных крыльев, поэтому их использовали в частях берегового базирования. На авианосцах применялись истребители «Martlet II», выпуск которых освоили позднее.
Примерно в то же время, что и Франция с Англией, ВМФ США также заинтересовался модификацией F4F-3 с менее капризным двигателем Wright «Cyclone» и заказал такой самолет в апреле 1940 года. Армейская модификация этого двигателя называлась R-1820-40. Его установили на третьем и четвертом серийных самолетах (№№ 1846 и 1847). Эти машины, облетанные в июне 1940 года, получили обозначение XF4F-5. С июля 1940 года самолеты прошли полный цикл сравнительных испытаний с серийными машинами F4F-3. Испытания проходили в Анакостии, их проводили заводские летчики-испытатели Конни Конверс и Бад Джиллис. Машины смогли развить скорость всего 492 км/ч на высоте 4572 м. Так как удалось заметно повысить надежность мотора «Twin Wasp» от XF4F-5 отказались. Оба прототипа остались в распоряжении фирмы и позднее использовались для различных экспериментов. Зимой 1942/43 г.г. оба XF4F-5 были модифицированы. На № 1846 поставили двигатель Wright R-1820-54 с турбонаддувом, а на № 1847 — прототип двигателя Wright XR-1820-48 с двухступенчатым механическим наддувом. Самолеты проходили сравнительные испытания. Взлетная масса № 1846 составила 3213 кг, а № 1847 — 3080 кг. Самолет с турбонаддувом, несмотря на большую массу, развил скорость 547 км/ч на высоте 8047 м, тогда как № 1847 сумел показать всего 505 км/ч на высоте 5883 м.